領域で水のモル分率が 0.8 付近で極大を取り、

１－プロパノール水溶液の赤外分光

技術室第二班 長俊広

アルコール分子は、親水基と疎水基の両方を持つ。このため、水 との相互作用はアルコール分子の場所ごとに異なる。可視光の波長 以上のスケールでは、均一に混合しているように見えるアルコール 水溶液は、微視的に見ると均一ではない。この微視的に均一ではな いアルコール水溶液の混合状態が、実際どうなっているのかという ことが大きな疑問であり、興味のあることである。これまで、アル コール水溶液に対して様々な実験が試みられたが、その混合状態に ついてはっきりとは分かっていない。最近では、水とアルコールが 混合の状態について知るため、通常のラマン散乱の測定が行われた。

混合系のスペクトルを純物質の重ね合わせによって表し、ずれの程 度が濃度によってどう変わるかが測定された。その結果、 1- プロパノ ール - 水系では、 2800 cm

⁻¹

領域で水のモル分率が 0.8 付近で極大を取り、

3500 cm

⁻¹

領域で水のモル分率が 0.7 付近で極大を取ることが分かっ

た。そこで、本研究では、 ATR 法による赤外分光を用いて、ラマン 分光と同じ波長領域で 1- プロパノール水溶液の測定を行い、混合状態 が濃度によってどう変化していくか検討した。測定は赤外吸収分光 器 FT/IR-410 (Jusco) を用いて測定した。試料溶液をセルにピペットマ ンで十分な量を流し込み、各濃度（ 0.00 、 0.07 、 0.14 、 0.21 、 0.28 、 0.35 、 0.42 、 0.49 、 0.56 、 0.63 、 0.70 、 0.77 、 0.83 、 0.88 、 0.92 、 0.96 、 1.00 ） の試料を測定していった。測定結果は、図 1 のようになった。図 1 に 見られるように、 2800 ～ 3000 cm

⁻¹

に現れている CH 伸縮振動モードと 3000 ～ 3800 cm

⁻¹

に現れている OH 伸縮振動モードを減衰振動の重ね 合わせにより再現しようと試みたが、濃度変動に対して特徴ある変 化が見られなかった。そこで、同じ範囲について、純 1- プロパノール と純水の測定スペクトルを用いた純物質の重ね合わせによるフィッ テイングを行い、そのずれを評価した。純物質からの重ね合わせか らのずれを各濃度についてプロットすると図2のようになった（ 3000

～ 3500 cm

⁻¹

間についてフィッテイングしたもの）。図2より、純物質

の重ね合わせからのずれが最も大きかったのは水のモル分率が 0.8 付

近であることが分かる。ここの範囲に合わせてフィッテイングを行

ったにもかかわらずこれだけのずれが出た。この濃度は過去の様々

な実験の結果から異常が起きているのではないかと指摘されてきた 濃度である。赤外の実験でもこの異常が見られた。最近行われた高 振動ラマン分光の結果と比較すると、赤外分光の方がずれが大きか ったが、最大値を示す濃度は近い値を示した。 2800 ～ 3000 cm

⁻¹

間に ついても同様のフィッテイングを行い、そのずれを評価した。 3000

～ 3500 cm

⁻¹

間についてと同様に、水のモル分率が 0.8 付近で最大値を

示した。やはり、水のモル分率が 0.8 付近で異常が起こることは確か

らしい。

間接境界要素法による二次音源を装備したスリット状共鳴器の音響特性の解析

鶴岡工業高等専門学校 技術第一班 鈴木 大介

１．はじめに ４．音源を装備したスリットの放射特性

図2に、楕円形スリット（短軸/長軸、210/410mm）

の開口部からの放射音圧の実験及び解析結果を示 した。ほぼ実験結果に近い傾向が解析により得られ たことから、同様の条件で他のモデルについても解 析を行なった。図 3 は、共鳴器内部の音圧分布を

Color Map を使用してマッピングしたものを示し

たものである。共鳴点で、音源部とその外側の全て のレベルが高くなっていることがわかる。

機 器 開 口 部 か ら 放 射 さ れ る 騒 音 を 能 動 制 御 (ANC)する上で、スリット状共鳴器とスピーカとの 複合化した二次音源により、有効な周波数領域の 拡張および広範囲な音場での消音が実現される。

その消音効果はスリットの形状によるところが大 である。そこで、本研究は、二次音源を装備した 円形スリットおよび楕円形スリットさらに、楕円 形状をクロスにしたクロススリットの音響伝達特 性について、間接境界要素法による数値音響解析 ならびに実験を行なった。

100 500 1000 5000

Meas ure f1

Frequency (Hz)

Lp (dB)

I- BEM 10dB

２．実験装置および方法

実験に使用している装置を図1に示す。スリッ ト状共鳴器は、中心に通風のための開口穴(直径

175mm)を有する2枚のアクリル板によって、同

じく中心に円形または楕円形などの形状の穴を持 ったスペーサを挟んで構成されている。これによ り、内部には、円形、楕円形などの空気薄膜層が 形成される。ANCを行なう場合、制御スピーカに より空気薄膜層を音響加振させ、スリット開口部 の円周上から制御音が放射される。この複合した 二次音源装置は機器を模した拡散箱前面の開口部 に装着している。この音源装置から放射される音 を開口部の中央、スリット状共鳴器前面から 20mmの位置に設置したマイクロホンで集音し、

測定を行なった。

図2 楕円形スリットの放射特性

図3 楕円形スリットの内部分布

SPL Mater FFT Analyzer

Signal Generator Amp.

Slit Resonator Source

Glass Wool

SPLMeter FFT Analyzer

Signal Generator Amp.

Diffuse Box

Slit Resonator Source

Glass Wool

20mm Micro Fan 930mm

750mm

SPL Mater FFT Analyzer

Signal Generator Amp.

Slit Resonator Source

Glass Wool

SPLMeter FFT Analyzer

Signal Generator Amp.

Diffuse Box

Slit Resonator Source

Glass Wool Source

Glass Wool

20mm Micro Fan 930mm

750mm

５．クロススリットでの放射特性の実験と解析結果 図4に示すように、楕円形スリット(260/410mm) をクロスに組み合わせた形状のクロススリットを 作成した。このクロススリットの効果を楕円形ス リット及び円形スリットの特性と比較した。モデ ルの寸法は、円形スリット (径410mm)、楕円形ス リット、長軸を 410mm 一定、短軸を(180､260､

310mm)と変化させたクロススリットとした。

図1 実験装置 ３．解析方法

500mm

500mm

Sound Source

Cross Slit

t 500mm

500mm

Sound Source

Cross Slit

tt

解析は、種々の径に変化させた円形スリット、楕 円形スリット(スリットの長軸を410mmに固定し、

短軸を変化させた)、さらにクロススリットを作成 して行なった。スリットの厚さはすべて一定の 7mm としている。音源の位置は開口部 (直径：

175mm)の中心から左右に150mmの位置に点音源

として配置した。配置する点音源は、円形スリット 及びクロススリットの場合4個、楕円形スリットの

場合2個とした。 図4 クロススリット状共鳴器モデル

図 5 は、短軸を変化させたクロススリットの解 析結果である。短軸が小さいほど共鳴周波数が高 い位置に移動する傾向がある。また、高周波域で は短軸が短いほど音圧レベルが上昇している。ま た、解析によってこのクロススリットの効果を円 形スリットおよび楕円形スリットの特性と比較し た。図６より、円形スリットでは、反共鳴点(1500Hz 付近)で放射特性が大幅に減少しているが楕円形ス リットおよびクロススリットでは共鳴点が多く、

これにより、放射特性のレベルの低下が少ないと 考えられる。また、クロススリットと楕円形スリ ットを比較すると装着した点音源の数が多いため 放射音のレベルが増加する。

6．1．2 共鳴器の放射分布の解析結果

図8には、楕円形スリット状共鳴器(短軸/長軸、

Da/Db=210/410mm)、音源配置を120mmとした

ときの放射音圧の結果より第1、第2、第3共鳴点 を求め、共鳴器内部の音圧分布をColor Mapを使 用してマッピングしたものと示したものである。

共鳴器内部について、第1共鳴点は、音源部と その外側の全てのレベルが高くなっていることが わかる。第2共鳴点では、配置した位置とは逆に 音圧が高くなっており、第3共鳴点では、配置し た位置の音圧が高くなっている。

1000 2000 3000 4000 5000 50

60 70 80 90 100

Frequency (Hz)

Lp(dB)

120 150 180

1000 2000 3000 4000 5000 50

60 70 80 90 100

180cross slit 260cross slit 310cross slit Frequency (Hz)

Lp(dB)

図7 楕円形スリットの音源配置変化による結果 図5 クロススリットの放射特性

1000 2000 3000 4000 5000 50

60 70 80 90 100

410 circular slit 260 elliptic slit 260 cross slit

Lp(dB)

Frequency (Hz)

図6 各スリットの放射特性

6．音源を非対称に装備したスリット状共鳴器の特性 6．1 楕円形スリット状共鳴器の解析結果

楕 円 形 ス リ ッ ト 状 共 鳴 器 (Da/Db ＝ 210mm/410mm）について音源の配置位置は片側

を通常の 150mm の位置、もう一方を中心から

120mmと180mm離した場合の放射特性を解析し

た。

6．1．1 放射特性の解析結果

図7は、楕円形スリット状共鳴器の音源配置変化 による解析結果である。円形スリット状共鳴器と同 じように第1共鳴点に関しては、それぞれ変化は生 じないが反共鳴点に関して、音源の配置位置が中心 より遠いほうが共鳴周波数は高い位置に移動する 傾向がある。配置位置を120mmした場合、共鳴点 と反共鳴点がはっきりしている。それに対して、配

置位置を180mmした場合、第2共鳴点以降は共鳴

点と反共鳴点の差がほとんどないことがわかる。

第1共鳴点 (720Hz) 第2共鳴点 (1680Hz) 第3共鳴点 (2600Hz)

図8 楕円形スリットの音源配置120mmの内部分布 7．まとめ

二次音源を装備した、異なる形状のスリット状

共鳴器開口部からの音響放射特性の結果を比較す ると、円形スリットでは、放射特性の悪い周波数 があるのに対し、楕円形スリット、クロススリッ トでは周波数のほぼ全域にわたり、良好な放射効 果が認められた。

以上のシミュレーションの結果は、ANC用の二

次音源を装備したスリット状共鳴器の設計に利用 できると思われる。

参考文献

1. 鈴木大介,柳本憲作,渡部誠二,高橋光：二次音源を 装備したスリット状共鳴器の音響特性,日本機械 学 会 2004 年 度 年 次 大 会 講 演 論 文 集,講 演 No.1535

2. 鈴木大介,柳本憲作,渡部誠二：間接境界要素法に よる二次音源を装備したスリット状共鳴器の音 響特性の解析、鶴岡工業高等専門学校 平成 16 年度専攻科特別研究論文集,p.63-70

「酸性雨とエアロゾルの化学成分の分析」 「酸性雨とエアロゾルの化学成分の分析」 「酸性雨とエアロゾルの化学成分の分析」 「酸性雨とエアロゾルの化学成分の分析」

鶴岡工業高等専門学校 技術専門職員 八幡喜代志

１， 緒 言

本校物質工学科には優れた分析機器、測定機器が数多く備わっており、それらの中 で特にＩＣＰ発光分光分析装置や原子吸光分析装置等の無機分析機器を担当しながら 研究や教育に技術支援をしてきている。

本発表会では、環境分析研究室の研究に係わってきたことから、鶴岡市に降る酸性 雨(雨水と雪)とエアロゾル(大気浮遊物質)中の化学成分の分析方法の検討やその結果、

あるいは解析方法について発表する。

併せて、機器のメンテナンスに係わる事例、学生実験および卒業研究における支援 の実例についても紹介する。

２，方 法

2-1 試料採取と試料の調製

1) 降水（雨水と雪）の試料採取

◎ 物質工学科棟の屋上等にジョッキをセットして採取 2) エアロゾル（大気浮遊物質）の試料採取

◎ 物質工学科棟屋上に設置したエアサンプラーでフィルターに採取 ◎ ５日間毎にサンプリング

◎ 5×5 cm に切断したフィルターを水抽出法、酸抽出法、酸分解法で処理 2-2 分析項目と分析方法

1) ｐH ：

東亜電波社製 HM-30V 型

ｐH 計 2) 電気伝導度 ：

堀場社製 DS-14 型

電導度計

3) 陰イオン(Cl

^－

､NO

₃^－

､SO

₄^2－

) ：DIONEX 製 QIC イオンクロマトグラフィー装置 4) NH

₄^＋

：

ORION 社製 SA520 型

イオンメーター

5) Na、Mg、Al、Ca、Fe、Ｚn ：

セイコー電子社製 SPS-4000 型

ICP 発光分光分析装置 6) K、Pb ：

日立 Z-5000 偏光ゼーマン

原子吸光分析装置

３，結果及び考察

1) 降水とエアロゾルのｐＨ変動 平成１１年から平成１６年までの

６年間の降水とエアロゾルのｐＨ は、いずれも pH4.8 以下の強い 酸性状態になっている｡

2) 酸性化成分と中和成分

酸性化成分[nss-SO

₄^2－

]＋[NO

₃^－

] と中和成分[nss-Ca

^2＋

]＋[NH

₄^＋

] を

当量濃度でプロットした解析方法に

より、酸性化の要因の一つを探ることができる。

4.2 4.2 4.2 4.2 4.3 4.3 4.3 4.3 4.4 4.4 4.4 4.4 4.54.5 4.54.5 4.64.6 4.64.6 4.7 4.7 4.7 4.7 4.8 4.8 4.8 4.8 4.94.9 4.94.9

H11 H11 H11

H11 H12H12H12H12 H13H13H13H13 H14H14H14H14 H15H15H15H15 H16H16H16H16 エアロゾル pH 降水

pH pHpH

　　

　　降水とエアロゾルの過去６年間のｐＨ変動降水とエアロゾルの過去６年間のｐＨ変動降水とエアロゾルの過去６年間のｐＨ変動降水とエアロゾルの過去６年間のｐＨ変動

3) Na

^＋

、Cl

^－

、Ca

^2＋

の月別濃度 (降水）

Na

^＋

、Cl

^－

は海塩成分であるが、特に冬季間の季節風の影響が大きい

Ca

^2＋

が春先に多いのは黄砂の影響と見られる

4) ４種類に分類した気圧配置 （採水毎に天気図で分類）

（但し、気圧配置の名称は低気圧の位置で便宜的に付けたもの）

冬型低気圧型 ： いわゆる西高東低の冬型の気圧配置で、季節風が強い 日本海低気圧型 : 3 月～5 月の黄砂期に見られるパターンで、風向きは巾広い 大陸低気圧型

: 中国・シべリア大陸に低気圧があり、夏季と秋季に見られる 南岸低気圧型 ： 6 月の梅雨時と 9 月に出現し、台風もこれに含めた

5) 気圧配置別の Na

^＋

、Cl

^－

、NO

₃^－

の平均濃度 (降水）

西風の強い冬型と大陸型（秋季）では Na

^＋

、Cl

^－

が多く、風向きの影響が大きい例

NO

₃^－

は風向きに左右されずほぼ一定； 排気ガス等の現地性物質

6) Ｐｂ／Ｚｎの風向き別割合 (エアロゾル）

Ｐｂ／Ｚｎは人為的起源の指標； 特にＰｂは車の排気ガス 日本での年平均は０.３以下； 無鉛ガソリンの使用

中国では有鉛ガソリンの使用により年平均０.８以上との報告もある

０.４５以上と０.５以上に分けて解析すると、いずれも西風の時の割合が大きい

7) エアロゾル中の nss-Ca

^2＋

＋と[Al＋Fe]及び黄砂期における重量と[Al＋Fe]の相関 いずれもその相関係数は０.９３ 以上と高い

しかも黄砂にはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の観察で結晶状の塩分が認められた

［参考］ 事例紹介

1) 機器のメンテナンスに係わる事例

メンテナンス費用の節約； 電話のやりとりによるメンテナンスと技術の習得 Ｘ線管球の長寿記録； 冷却水の徹底した水質管理、管電圧・管電流の操作 2) 実験・卒研における教育支援の実例

実験テキストの工夫； 長文から箇条書き形式、ステップアップ方式 実験結果のパソコン入力、データ整理のためのソフトの作成

Ｐｂ／Ｚｎ比の風向き別割合

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

西風 西風 西風

西風 東風東風東風東風 北風北風北風北風 南風南風南風南風 その他その他その他その他

％

(Pb/Zn)＞0.45 (Pb/Zn)＞0.5

気圧配置別のNa^＋,Cｌ^－,NO3

－の濃度

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

冬型 冬型 冬型

冬型 日本海型日本海型日本海型日本海型 大陸型大陸型大陸型大陸型 南岸型南岸型南岸型南岸型

ｐｐｍ Na＋

Cl－

NO3- Na^＋ Cl^－ NO^3-